核心提示:2.6 内部密封 随着转速、功率和气体密度的增加,对离心压缩机各种内部的力的控制2.6 内部密封 <PSTYLE="LINE-HEIGHT:200%">
随着转速、功率和气体密度的增加,对离心压缩机各种内部的力的控制程度的不同,当气体密度增加时,可以使一个转子变得不稳定或者变得稳定。 几十年来,密封叶轮周围的泄漏普遍使用梳齿密封,最近用于叶轮口圈和平衡盘的止涡密封(见图 18 )的出现显著提高了转子动力学特性。巧妙的固定叶片状结构的设计,可以控制泄漏气体通过密封处的周向速度,来减style=
核心提示:2.7 叶轮分析 结构动力学也一直在进步,其中一个重要方面就是叶轮动力学,它使得机2.7 叶轮分析 结构动力学也一直在进步,其中一个重要方面就是叶轮动力学,它使得机器可靠性得到显著提高。早期,设计者必须进行大量而简单的手工计算来求出叶轮应力,并确定叶轮材料没有到其屈服极限,叶轮也不会在轴上滑动(过盈过小时)。那时叶轮外缘速度只有现在最先进技术的一半左右,这样做还是可以的。随着有限元分析( FEA )和计算机技术的发展,越来越精确的有限元分析模型,能够使人们更好地估计因旋转而施加在转子上的应力。不过,压缩机的用户有时偶尔还会遇到一些叶轮方面的事故,其中大多数是叶轮工作时周围存在共振,从而产生高循环疲劳裂纹。今天,人们利用同样可以用于转子上的,已经开发了近四十年的数学模型和受迫响应等手段来进行叶轮分析。 随着对叶轮固有频率,及由入口导叶( IGVs )与低稠度叶片扩压器( LSDs )引起的气动力的深入了解,近年来已经大幅地减少了叶轮引起的事故。
核心提示:3 展望未来 离心压缩机技术已经接近空气动力学效率的最高极限,但人们还是可以设3 展望未来 离心压缩机技术已经接近空气动力学效率的最高极限,但人们还是可以设法进一步提高效率,并增大高效率时的流量范围。因此,在展望未来的发展时,人们可以预测以下方面:更加精确的叶片型线;更加不同寻常的扩压器;可动形状的导流叶片、扩压器和回流器;进一步改进的密封技术;和其它一些定子部件的增强。所有这些均要借助于更先进的空气动力学和机械分析工具,及计算机技术对真实情况所进行更加精确的模拟。 更加精确的叶片型线包括那些为了解决使用分析技术所发现的缺点而专门开发的叶片。此外,由于用户一直要求用较小的设备处理较大的流量,压缩机制造商必须开发混流叶轮。混流叶轮曾经广泛使用在单级管线增压机中,但是目前在单轴多级压缩机上应用不多。它较为适合使用在流量系数大于 0.17~0.18 的离心压缩机中。 更加不同寻常的扩压器将包括那些更精确的叶片型线和串联扩压器,例如:多排低稠度叶片扩压器,或低稠度叶片扩压器和拱肋扩压器的结合体。它们将提高扩压器中的静压转换能力,从而提高单级和整机效率。不过,考虑效率提高的同时,还必须衡量可能引起的运行范围变窄的问题。 提高密封技术对于小流量系数的级尤为重要。叶轮口圈部位的泄漏会造成很大的损失,所以必须想方设法减少此处的泄漏,来提高级效率。在小流量中,可能应用的技术有:刷式密封、可磨材料、弹簧预载密封和“定向泄漏”等。 在外部密封方面,压缩机下一步可能演变成无密封或全密封压缩机,它们将没有高速旋转的主轴密封与外界大气相通。这样的机器实际上与我们常见的家用冰箱中的压缩机极为相似。几乎所有的压缩机制造商都向市场推出了这种新型产品类型。随着人们对排放的关心的增加,这种新型压缩机将会在石油天然气行业中得到越来越多的认可。 定子部件,如进口导叶和回流器,将会有更先进的叶片型线(如三维的叶片式扩压器和三维的回流器叶片)和通过现代分析和设计工具开发的多叶片排列结构。
最后,在导叶、扩压器和其它定子部件中应用可变形状结构,压缩机制造商和用户可以通过调整离心级来满足特定的使用要求。因此,当无法提高压缩机的最高效率时,人们可能设法提高非设计运行工况的效率。这样机器可以在较大流量范围中,能够使用户节省大量的功率。由于可变形状结构可以很方便地安装在整体齿轮增速离心压缩机和轴流压缩机的入口导叶和扩压器中,所以它已经应用在这些机器中。因为同样的原因,可变形状结构从 20 世纪 50 年代起也应用在多级双支撑离心压缩机的第一级入口导叶和叶片扩压器中。然而,只是最近才考虑在双支撑配置机器的所有级中使用可变形状结构,见图 20 。尽管在多级机器的有限的级间空间中增加可变形状结构系统是非常复杂的,不过由于它可以大幅提高性能,还是十分值得去探索、实现的。
核心提示:4 结论 离心压缩机的设计、制造技术已经取得了非常大的进步,其中许多是得益于在4 结论 离心压缩机的设计、制造技术已经取得了非常大的进步,其中许多是得益于在设计阶段使用的分析工具的改变。如果无法将设计师的成果转化成合格的产品,使用再精确的分析方法也是徒劳的。所以,离心压缩机性能的提高绝对离不开制造方法的进步。如若制造方法不能确保加工精度达到一位小数,那么就没有意义将一个新部件设计要求到三位小数。因此,用五轴铣制替代三件焊接、用组装加工方式替代铸造等方法,使得人们可以制造出更高质量的部件,也就获得了更高的性能。 离心压缩机的发展不会停止。随着不断地提高能量利用效率,人们还会取得各种各样的进步。原始设备制造商们还会不懈努力来获得更高的性能,和 / (或)更宽的使用范围。可以确信的是,我们一定可以在未来看到离心压缩机不停地在进步。